單片機(jī)的現(xiàn)狀

單片機(jī)的現(xiàn)狀單片機(jī)的現(xiàn)狀單片機(jī)的現(xiàn)狀V:1.0精細(xì)整理，僅供參考單片機(jī)的現(xiàn)狀日期：20xx年X月計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機(jī)在起作用，故而，巨型機(jī)在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機(jī)在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機(jī)取名為嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。在本文，介紹單片機(jī)的最新技術(shù)進(jìn)步，包括數(shù)字單片機(jī)的工藝及技術(shù)，模糊單片機(jī)的工藝及技術(shù)，單片機(jī)的可靠性技術(shù)，以及以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)。數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的水平。在目前，用戶對單片機(jī)的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這四個方面說明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ系列等。特別是在單片機(jī)C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個CAN。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。為了能在變頻控制中方便使用單片機(jī)，形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有6個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機(jī)已采用所謂的三核（TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（Systemonachip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把DSP和微控制器同時做在一個片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講，DSP是單片機(jī)的一種類型，但其作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機(jī)結(jié)合集成大大提高了單片機(jī)的功能。這是目前單片機(jī)最大的進(jìn)步之一。這種單片機(jī)最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī)，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在60MHz以上。2、功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。Philips公司的單片機(jī)P87LPC762是一個很典型的例子，在空閑時，其功耗為mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機(jī)MSP430系列，它是一個16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當(dāng)電源為3V時，如果工作于LMP1方式，即使外圍電路處于活動，由于CPU不活動，振蕩器處于1～4MHz，這時功耗只有50A。在LPM3時，振蕩器處于32kHz，這時功耗只有A。在LPM4時，CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動，則功耗只有A?，F(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機(jī)特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有～2K程序存儲器，25～128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，6個I/O端口以及一個定時器，有的還含4道A/D，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機(jī)都可以在～的條件下工作。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在～6V的條件下工作的單片機(jī)。這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，應(yīng)該說該公司的F2MC-8L系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿足～6V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達(dá)的。3、工藝上的進(jìn)步現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了m以上的光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司則已采用m甚至是m技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)的另外一個名稱就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。目前，把單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和Internet連接已是一種趨勢。但是，Internet一向是一種采用肥服務(wù)器，瘦用戶機(jī)的技術(shù)。這種技術(shù)在互聯(lián)上存儲及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的，但對于控制嵌入式器件就成了"殺雞用牛刀"了。要實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備和Internet連接，就需要把傳統(tǒng)的Internet理論和嵌入式設(shè)備的實(shí)踐都顛倒過來。為了使復(fù)雜的或簡單的嵌入式設(shè)備，例如單片機(jī)控制的機(jī)床、單片機(jī)控制的門鎖，能切實(shí)可行地和Internet連接，就要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使嵌入式設(shè)備可以和Internet相連，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行過程控制。目前，為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家公司在進(jìn)行這方面的較多研究。這方面較為典型的有emWare公司和TASKING公司。EmWare公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案--EMIT技術(shù)。這個技術(shù)包括三個主要部分：即emMicro，emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。其中，emMicro是嵌入設(shè)備中的一個只占內(nèi)存容量1K字節(jié)的極小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；emGateway作為一個功能較強(qiáng)的用戶或服務(wù)器，它用于實(shí)現(xiàn)對多個嵌入式設(shè)備的管理，還有標(biāo)準(zhǔn)的Internet通信接入以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的支持。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用emObjicts進(jìn)行顯示和嵌入式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。如果嵌入式設(shè)備的資源足夠，則emMicro和emGateway可以同時裝入嵌入式設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)Internet的直接接入。否則，將要求emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器相互配合。EmWare的EMIT軟件技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet協(xié)議對8位和16位嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理，但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。目前，單片機(jī)應(yīng)用中提出了一個新的問題：這就是如何使8位、16位單片機(jī)控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設(shè)備能實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連TASKING公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把emWare的EMIT軟件包和有關(guān)的軟件配套集成，形成一個集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟ETI（embedtheInternetConsortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式Internet的解決方案。在不久將會有成果公布。單片機(jī)應(yīng)用的可靠性技術(shù)發(fā)展在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：1、EFT（EllectricalFastTransient）技術(shù)EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。Motorola公司的MC68HC08系列單片機(jī)就采用了這種技術(shù)。2、低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲?，F(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機(jī)的輸出能力都有了很大提高，Motorola公司的單片機(jī)I/O口的灌拉電流可達(dá)8mA以上，而Microchip公司的單片機(jī)可達(dá)25mA。其它公司：AMD，F(xiàn)ujitsu，NEC，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可達(dá)8～20mA的水平。這些電流較大的驅(qū)動電路集成到芯片內(nèi)部在工作時帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，現(xiàn)在單片機(jī)采用多個小管子并聯(lián)等效一個大管子的方法，并在每個小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低di/dt，這也就是所謂"跳變沿軟化技術(shù)"，從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。3、采用低頻時鐘高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會對外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機(jī)中采用內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù)，則在外部時鐘較低時，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位單片機(jī)就采用了這種技術(shù)以提高可靠性。結(jié)束語單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：·可靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已